高中物理-8.1磁场对电流的作用基础课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,考点,1,磁场的概念,磁场对电流的作用,几种电流周围的磁场分布,直线电流的磁场,通电螺线管的磁场,环形电流的磁场,特点,无磁极、非匀强且距导线越远处磁场越弱,与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场且磁场最强，管外为非匀强磁场,环形电流的两侧是,N,极和,S,极且离圆环中心越远，磁场越弱,安培定则,立体图,横截,面图,纵截,面图,磁感线的疏密能形象地表示磁场的强弱，但应注意：,(1),只有在同一图中才能根据磁感线的疏密判定各处磁场的强弱，在不同的两个图中，不能根据磁感线的疏密判定没有联系的两个图中磁场的强弱。,2),没有画到磁感线的地方并不表示那里没磁场存在。,典例一,对安培定则的认识,【,例,1】,如图所示，有一束电子正在,y,轴上向,y,轴正方向移动，则在,z,轴上某,点,A,处的磁场方向应是,(),A.,沿,x,轴的正方向,B.,沿,x,轴的负方向,C.,沿,z,轴的正方向,D.,沿,z,轴的负方向,(1),明确电流的方向。,(2),建立正确的三维空间观，结合坐标系，根据安培定则确定磁场方向。,B,【,解析,】,电荷定向移动形成电流，当电子沿,y,轴正方向运动时，相当于通以沿负,y,方向的电流，根据安培定则可得，在,zOy,平面内的,y,轴上方，磁场方向是垂直于,zOy,平面指向,x,轴的负方向。故只有,B,正确。,考点,2,磁场的描述,1.,对磁感应强度的理解,(1),磁感应强度由磁场本身决定，跟在该位置放入的导体长度,L,，电流,I,的大小及受到磁场的作用力均无关，与放不放通电导体也无关。不能根据公式,B,=,F,/(,IL,),就说,B,与,F,成正比，与,IL,成反比。,(2),由公式,B,=,F,/(,IL),计算,B,时，通电直导线必须垂直于磁场放入。如果小段通电导线平行放入磁场，其所受安培力,F,为零，但不能说该处磁感应强度,B,为零。,(3),磁感应强度的方向不是通电导线所受磁场作用力的方向，而是与通电导线受到的作用力的方向垂直。,1.,在使用公式,B,=,F,/IL,),时，必须注意前提条件：,I,B,。,2.,B,=,F,/(,IL,),为磁感应强度的定义式，而不是决定式，磁感应强度,B,的大小及方向是由磁场本身决定的，与磁场中是否存在电流无关。,3.,磁感应强度,B,是矢量，但其方向不与安培力方向一致，而是与小磁针静止时,N,极所指的方向一致。,(2),面积,S,的含义：,S,不一定是某个线圈的真正面积，而是线,圈在磁场范围内的面积。如图,(2),所示，,S,应为线圈面积的一半。,(1),=,B,S,的含义：,=,BS,只适用于磁感应强度,B,与面积,S,垂直,的情况。当,S,与垂直于,B,的平面间的夹角为,时，则有,=,BS,cos,。,可理解为,=,B,(,S,cos,),，即,等于,B,与,S,在垂直于,B,方向上分量的乘,积。也可理解为,=(,B,cos,),S,，即,等于,B,在垂直于,S,方向上的分,量与,S,的乘积。如图,(1),所示。,(3),多匝线圈的磁通量：多匝线圈内磁通量的大小与线圈匝,数无关，因为不论线圈匝数多少，穿过线圈的磁感线条数相同，,而磁感线条数可表示磁通量的大小。,(4),合磁通量求法：,若某个平面内有不同方向和强弱的磁场共同存在，当计算穿过这个面的磁通量时，先规定某个方向的磁通量为正，反方向的磁通量为负，平面内各个方向的磁通量的代数和等于这个平面内的合磁通量。,2.,对磁通量的理解,(1),磁通量是标量，其正、负值仅表示磁感线是正向还是反向穿过线圈平面。,(2),同一线圈平面，如果正向穿过平面的磁感线条数与反向穿过平面的条数一样多，则,=0,。,典例二,对磁感应强度的理解,【,例,2】,下列说法中正确的是,(),A.,电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场强度为零,B.,一小段通电导线在某处不受磁场力作用，则该处磁感应强度一定为零,C.,表征电场中某点电场的强弱，是把一个试探电荷放在该点时受到的电场力与,试探电荷本身电荷量的比值,D.,表征磁场中某点磁场的强弱，是把一小段通电导线放在该点时受到的磁场力,与该小段导体长度和电流乘积的比值,(1),电场强度由电场本身决定，与试探电荷无关。2),磁感应强度由磁场本身决定，与试探电流元无关。,(3),比值定义法定义的物理量具有相似的特点。,【,解析,】,电场和磁场有一个明显的区别是：电场对放入其中的电荷有力的作用，而磁场仅对在磁场中运动且速度方向和磁感应强度方向不平行的带电粒子有力的作用，磁场对通电导线有力的作用的条件是磁场方向不能和电流方向平行，因此,A,对,B,错。同理根据电场强度的定义式,E,=,F,/,q,可知,C,答案正确。而同样用比值定义法定义的磁感应强度则应有明确的说明，即,B,=,F,/(,IL,),中,I,和,B,的方向必须垂直，故,D,错，所以应选,A,、,C,。,AC,典例三,磁通量的理解,【,例,3】,如图所示，面积为,S,的矩形线圈,abcd,，处在磁感应强度为,B,的匀强磁场中，磁场方向与线框平面成,角，当线框以,ab,为,轴顺时针方向转过,90,时，穿过,abcd,面的磁通量变化量,为,(),A.,BS,cos,B.,BS,(sin,+cos,),C.,BS,sin,D.,BS,(1),磁通量为穿过平面的磁感线的有效条数，故,应为,EB,沿垂直于平面的分量与,S,的乘积。,(2),有正负之分。,(3),=|,2,-,1,|,，即,总为正。,B,【,解析,】,磁通量由磁感应强度矢量在垂直于线框方向上的分量决定，开始时,B,与线框平面成,角，磁通量,1,=,BS,sin,，线框平面按题意方向转动时，磁通量先减小再反向增大，当转过,90,时，磁通量为负值，,2,=-,BS,cos,，可见，磁通量的变化量为,=|,2,-,1,|=|-,BS,cos,-,BS,sin,|=,BS,(cos,+sin,),。,判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势，首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况，然后利用左手定则准确判定导体的受力情况，进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向。现对几种常用的方法列表比较如下：,电流元法,把整段弯曲导线分为多段直流电流元，先用左手定则判断每段电流元受力的方向，然后判断整段导线所受合力的方向，从而确定导线运动的方向,特殊位置法,通电导线转动到某个便于分析的特殊位置时，判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向,等效法,环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流，反过来等效也成立。等效后再确定相互作用情况,结论法,两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势,转换研究对象法,定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题,可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力,然后由牛顿第三定律,确定磁体所受电流磁场的作用力,从而确定磁体所受合力及运动方向,考点,3,安培力,1.,通电导体在安培力作用下运动的判断方法,安培力的方向与磁感应强度的方向垂直，而不是相同或相反，这跟电场力与电场强度方向之间的关系是不同的。,(1),安培力的大小,安培力常用公式,F,=,BIL,，要求两两垂直，应用时要满足：,B,与,L,垂直；,L,是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度；,如弯曲导线的有效长度,L,等于两端点所连直线的,长度,(,如图所示,),，相应的电流方向沿,L,由始端流向末,端。因为任意形状的闭合线圈，其有效长度为零，所,以闭合线圈通电后在匀强磁场中，受到的安培力的矢量和为零。,B,并非一定是匀强磁场，但一定是导线所在处的磁感应强度值。,(2),通电导线在磁场中的平衡和加速,选定研究对象；,变三维为二维，画出平面受力分析图，其中安培力的方向切忌跟着感觉走，要用左手定则来判断，注意,F,安,B,、,F,安,I,。,列平衡方程、牛顿第二定律的方程式进行求解。,2.,与安培力有关的力学的综合问题,涉及安培力的运动及平衡问题，分析的方法是在分析了其他力的基础上又多加上了一个安培力。该类问题用动能定理或能量守恒定律有时会比较方便。,【,例,4】,如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁,铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方,向电流,I,时，导线的运动情况是,(,从上往下看,)(),A.,顺时针方向转动，同时下降,B.,顺时针方向转动，同时上升,C.,逆时针方向转动，同时下降,D.,逆时针方向转动，同时上升,安培力作用下导体运动情况的判定,判断通电导线在安培力作用下的运动时方法很多。关键在于根据不同的情况选择不同的解法。解决本题时应明确转动和下降是同时进行，不要因为用了两种方法而认为是两个过程。,A,【,解析,】,(1),电流元法：设导线中心为,O,点，把直线电流等效为,AO,、,OB,两段电流元，由左手定则可以判断出,AO,段受力方向垂直纸面向外，,OB,段受力方向垂直纸面向内，因此，从上向下看,AB,将以中心,O,为轴顺时针转动。,(2),特殊位置法：用导线转过,90,的特殊位置来分析，根据左手定则判得安培力的方向向下，故导线在顺时针转动的同时向下运动。故选,A,。,典例四,【,例,5】,如图所示在倾角,=30,的斜面,上，固定一金属框架，宽,L,=0.25 m,，,接入电动势,E,=12 V,、内阻不计的电,池。在框架上放有一根质量,m,=0.2 kg,的金属棒,ab,，它与框架的动摩擦因数,=,，整个装置放在磁感应强度,B,=0.8 T,、垂直框架,向上的匀强磁场中。当调节滑动变阻器,R,的阻值在什么范,围内时，可使金属棒静止在框架上？框架与棒的电阻不,计，,g,取,10 m/s,2,。,安培力作用下物体的平衡,典例五,有关安培力的平衡问题往往涉及到三维立体空间问题，处理相关安培力问题时，画出导体棒的横截面受力图，变三维为二维便可变难为易，迅速解题。,【,解析,】,(1),当变阻器,R,取值较小时，,I,较大，安,培力,F,较大，会使金属棒产生沿框架上滑的趋势，,因此，框架对棒的摩擦力沿框架向下，如图,(1),所示。,金属棒刚好不上滑时满足平衡条件,B,(,E,/,R,1,),L,-,mg,cos,-,mg,sin,=0,，,R,1,=,BEL,/,mg,(sin,+,cos,)=1.6,。,(2),当变阻器,R,取值较大时，,I,较小，安培力,F,较小，在金属棒重力分力,mg,sin,作用下，使棒有沿框架下滑的趋势，框架对棒的摩擦力沿框架向上，如图,(2),所示。,金属棒刚好不下滑时满足平衡条件,B,(,E,/,R,2,),L,+,mg,cos,-,mg,sin,=0,，得,R,2,=,BEL,/,mg,(sin,-,cos,)=,0.8120.25/0.210(0.5-),=4.8,所以,R,的取值范围应为,1.6,R,4.8,。,